So wirken sich hohe Temperaturen auf Kunststoffgleitlager aus
Lars Butenschön | 26. November 2021
„Bis zu welchen Temperaturen gehen die denn?“ zählt mit Sicherheit zu den häufigsten Fragen, die mir auf Messen (kennen Sie das noch? Messen? So richtig mit Händeschütteln und so?) gestellt wurden. Die einzigen noch häufigeren Fragen waren „Wie lange hält das denn?“ und natürlich „Haben Sie eine Visitenkarte?“. Aber zurück zum Thema hohe Temperaturen und Kunststoffgleitlager.
Erstaunlich oft, geht es beim Thema Temperaturbeständigkeit erstmal nur um „hält das“. Sprich: Um die mechanische Beständigkeit des Werkstoffs. Jeder weiß: Kunststoffe werden bei Überschreitung gewisser Temperaturen weich. Und das ist natürlich schlecht für viele Gleitlageranwendungen. Warum das so ist und warum Temperaturen eigentlich eine noch viel wichtigere Rolle spielen, will ich Ihnen in diesem Beitrag näherbringen.
Auswirkungen von zu hohen Temperaturen auf Kunststoffe
Hier bleiben wir erstmal bei der bereits vorhandenen Erkenntnis: Wird Kunststoff über einen gewissen Punkt hinaus erwärmt, verliert er seine mechanische Festigkeit. Nicht alle Kunststoffe verhalten sich hier gleich. Thermoplastische Kunststoffe lassen sich unter hohen Temperaturen verformen und erlangen ihre Festigkeit nach dem Abkühlen zurück. Duroplastische Kunststoffe verlieren ihre Festigkeit dauerhaft. Gerade bei thermoplastischen Kunststoffen führt diese Verformung unter hohen Temperaturen jedoch auch zum „Spannungsverlust“.
Ein praktisches Beispiel für die Folgen von wärmebedingtem Spannungsverlust bei Gleitlagern ist der Verlust des Presssitzes in der Lagerstelle. Aber auch andere Deformierungen sind möglich. Ganz direkt in Folge der „Erweichung“ kann eine zu stützende Last dafür sorgen, dass das Lager einfach „plattgedrückt“ wird. Das Schadensbild reicht hier von aus der Lagerstelle herausragenden Lagern bis hin zu völlig pulverisierten Lagern. Das passiert, wenn nach der Verformung nicht vorgesehene mechanische Beanspruchungen entstehen. Zum Beispiel dann, wenn das Lager teilweise aus der Aufnahme herauswandert, verkantet oder ähnliches.
Ab wann sind Temperaturen „zu hoch“ für Gleitlager?
Ist ja eigentlich logisch. Wenn die Temperaturempfehlungen der Werkstoffdatenblätter überschritten werden. Oder? Also ganz davon abgesehen, dass diese Angaben ohnehin meist eine ungefähre Aussage unter bestimmten Bedingungen sind. Tatsächlich ist die Sache aber etwas komplizierter:
Haben Sie schonmal vom PV-Wert gehört? Und wenn ja, wie dieser funktioniert? Wenn Sie beides mit „Ja“ beantworten können, brauchen Sie diesen Abschnitt nicht lesen. Aber vielleicht trotzdem als kleine Auffrischung die Kurzzusammenfassung: Der PV Wert soll etwas über die Eignung eines Lagers für die jeweilige Anwendung aussagen. Er stellt das Produkt von Geschwindigkeit und Flächendruck dar und sagt etwas über die Wärme aus, die pro Zeiteinheit im Lager entsteht. Wird in der Anwendung mehr Wärme erzeugt, als die Lagerstelle werkstoffbedingt in der gleichen Zeit abführen kann, erwärmt sich die Lagerstelle. Näheres zum PV Wert finden Sie hier.
Warum die Umgebungstemperatur als einziger Parameter nicht ausreicht
Und hier liegt der Hase sozusagen im Pfeffer. Häufig geht es bei der Frage nach der Temperaturbeständigkeit ausschließlich um die Umgebungstemperatur des Lagers. Als plattes Beispiel: Es wird ein Gleitlager für eine Backofentür gesucht. Genau in diesem Fall ist es auch vollkommen richtig, die Umgebungstemperatur mit der Temperaturbeständigkeit abzugleichen.
Der PV Wert wird bei einer Backofentür (die potenziell mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit und Frequenz geöffnet wird) recht niedrig sein. Doch wie sieht das mit einer schnell laufenden Förderkette IN einem Backofen aus? Oder einem Pumpenlager einer Pumpe, die heiße Flüssigkeiten fördert? Selbst bei in Relation zur Temperaturbeständigkeit niedriger Flüssigkeits- bzw. Umgebungstemperatur kann hier der „Hitzetod“ der Lager drohen. Dann nämlich, wenn das Last- und Bewegungsprofil für einen zu hohen PV-Wert sorgen.
Wählen Sie den richtigen Kunststoff für Ihre Anwendung – Wir beraten Sie gerne!
Die meisten Anwendungsszenarien für Gleitlager lassen sich mit der Wahl des richtigen Kunststoffs entschärfen und meistern. Unsere Experten für Gleitlagertechnik beraten Sie von Anfang an bei der Umsetzung Ihres Gleitlagerprojekts. Stückzahlunabhängig und unverbindlich legen wir mit Ihnen gemeinsam den am besten geeigneten Kunststoff fest, unterstützen Sie beim Design des fertigen Bauteils und stellen dieses anschließend mit dem jeweils kostengünstigsten Herstellverfahren für Sie her. Wir beraten Sie telefonisch, per email, virtuell und natürlich auch bei Ihnen vor Ort.